巷道制冷設計的探討

盛 耀

江蘇省礦業工程集團有限公司工程技術部，江蘇徐州 221000

井巷制冷技術自20世紀20年代中期開始興起，至今已有近90年的歷史。但是在我國礦井下作業中，井巷制冷技術迅速發展并廣泛應用于20世紀60年代后期。目前，國內外常用的井巷制冷技術可分為：機械制冷降溫技術、非機械制冷降溫技術、空氣壓縮式制冷技術及機械制冰降溫技術等。

1 制冷工作原理

采區外25℃左右，壓力5MPa的防塵水沿管路進入掘進巷道，經巷道頂部的熱變換裝置而受熱升溫，受熱的水帶著大量的熱量，經排水管路流出巷道，持續不斷的冷水與巷道中35℃的較熱空氣進行連續熱量交換，使巷道中空氣溫度下降，達到降溫效果。

2 方案的可行性

該方案能夠實施，存在4個基本條件：

1）溫度差――實現熱量交換的根本

進入巷道壓力水溫度較低，一般不高于25℃，巷道中空氣溫度（夏季）迎頭28℃左右，巷道出口35℃以上，巷道中溫度變化由以下曲線表示：

由曲線可知，巷道溫度由里向外呈遞增狀態，固進排水管無需加保溫材料。由于巷外壓力水與巷中空氣存在10℃左右的溫度差，這是實現巷道降溫的先決條件，下一步就需一簡單的物理現象——熱傳遞，即可進行巷道降溫工作了。有條件的礦區，可以先給進入巷道的壓力水做冷卻處理，巷道的降溫效果會更明顯。

2）5MPa壓力水提供直接動力

在巷道掘進中，敷設4吋壓力水管供巷道除塵，迎頭降塵以及支護時打錨桿用，巷道實行降溫時只要用軟管把熱交換裝置的進水口與4吋壓力水管的閘閥搭接起來即可，無需另敷設管路。5MPa的壓力能夠給該循環系統提供足夠的動力，也不需其它外力的幫助就可實現系統的循環。

3）循環管路已具備

（1）系統的進水管路借助于巷道中已敷設的4吋壓力水管；

（2）系統的排水管路借助于巷道中現有的2吋主排水管路。

巷道降溫系統的主要循環管路已形成，只要在巷道中選擇合適的地點安裝熱交換裝置，并分別用軟管把壓力水與裝置的進水口連接，排水管與裝置的出水口連接即可。系統中壓力水一打開，回路暢通，水就會按既定的路線流動起來，通過熱量交換巷道中大量的熱量就會帶出巷道，實現巷道降溫。

4）系統維護方便、投資少

該系統環節少，僅有一根進水管，一根排水管，一組熱交換片及用于系統控制的閘閥和截止閥。其中只有熱交換片比較復雜，也只是由數根細的平行鋼管和緊貼其下的一層鋁合金組成。整個系統在維護上比較容易。在選材上只需考慮各鋼管的耐壓在5MPa以上，這點很容易做到，而且材料費用低，整個工程投資較少。

3 熱交換裝置設計

3.1 熱交換裝置的組成

裝置由9個熱交換片組成，采用串、并聯的方法進行連接，如下圖所示：

熱交換裝置圖

該裝置用多個熱交換片進行混聯，主要作用是進行充分的熱傳遞，使熱交換片出口溫度盡可能達到巷中空氣溫度而獲得冷水使用效率。

3.2 熱交換片的設計尺寸

1）熱交換片管路如下圖尺寸：進水端與出口端管徑為?9.5，中部平行毛細水管要求管徑不大于?3；

2）熱交換片安裝靠近頂板并與頂板平板平行，鋁合金片按熱交換片尺寸設計，貼緊毛細管下方焊接。

4 結論

熱交換片簡圖

隨著現代科學技術的不斷發展，井巷制冷技術的出現使得煤礦機械開始向高效、節能、可靠、環保的方向發展。在井巷制冷技術的研究中，越來越多的節能新技術、新工藝正在被推廣應用。我國的煤炭企業應抓住“十二五”期間國家加強建設環境友好型、資源節約型社會的契機，加快轉變技術發展途徑與方式的重要著力點的方針政策，加大科技投入，使井巷制冷新技術在煤炭企業節能中發揮重要作用。目前，采掘工作面的高溫現象已成為嚴重制約煤礦安全生產的重大危險源，解決這個問題是當務之急，以上我們介紹了熱傳遞這一物理現象，應用于巷道制冷系統的設計思想，尚未投入現場應用，相信其在礦井安全生產上將有廣闊的應用前景。

[1]聶闖.軟啟動技術原理及應用[J].紅水河，2007，26(2)：83-86.

[2]仇慧林.談變頻調速與煤礦節能[J].山西能源與節能，2002，22(3)：25-27.

[3]張玲.煤礦節能分析[J].現代商貿工業，2010，13(7)：370-372.